CN114198277B - 齿轮传动往复式活塞泵 - Google Patents

Abstract

齿轮传动往复式活塞泵，包括主泵壳，主泵壳的左右两端分别连接有左端盖、右端盖；主泵壳内设有传动机构和吸排油机构，主泵壳上设有第一吸油口和第一排油口；传动机构包括中心轴、主动齿轮、从动活塞组件和从动同心环组件；中心轴固定在主泵壳内的保持架上，中心轴上设有左往复螺纹、右往复螺纹，中心轴上连接有从动活塞组件和从动同心环组件，从动活塞组件和从动同心环组件与主动齿轮传动连接，从动活塞组件和从动同心环组件的右侧设有吸排油机构。本发明利用齿轮的旋转往复运动带动活塞进行二维运动，既可以直线往复运动，也可以轴向旋转运动，来实现吸油和排油的功能，具有结构简单，体积小，传动简单，排量高等优点。

Description

齿轮传动往复式活塞泵

技术领域

本发明涉及流体传动与控制领域，尤其涉及齿轮传动往复式活塞泵。

背景技术

液压泵作为向液压系统提供一定流量和压力的动力元件，是系统中不可缺少的核心元件。液压泵性能的好坏将直接影响液压系统工作的可靠性与稳定性。近年来，我国工业迅猛发展，对液压泵的性能要求也逐渐提高，特别是航空、航天、兵器等重要领域对性能要求尤其严格，传统柱塞泵由于结构的限制已经满足不了高速、高效、轻量化的要求。

传统柱塞泵内部结构复杂，价格昂贵，摩擦副较多，且压力和转速受到PV（压力和速度的乘积）值的限制难以进一步提高，在转速不断提高的过程中，传统柱塞泵会受到机械结构的影响，泵轴和缸体受到的作用力会显著增大，甚至会造成泵轴的断裂和缸体的倾覆，会影响使用寿命和耐久度，且不利于高速化发展。

发明内容

为克服上述问题，本发明提供一种齿轮传动往复式活塞泵。

本发明采用的技术方案是：齿轮传动往复式活塞泵，包括主泵壳，主泵壳的左右两端分别连接有左端盖、右端盖；主泵壳内设有传动机构和吸排油机构，主泵壳上且位于吸排油机构的位置设有第一吸油口和第一排油口；

所述传动机构包括中心轴、主动齿轮、从动活塞组件和从动同心环组件；所述中心轴与主泵壳同轴设置，中心轴固定在主泵壳内的保持架上，以保证中心轴不转动；中心轴的左段设有左往复螺纹，中心轴的右段设有右往复螺纹，左往复螺纹、右往复螺纹均由螺距相同、旋向相反的两条螺纹组成；所述主动齿轮的齿轮轴安装在左端盖的主动齿轮轴孔中，主动齿轮的齿轮轴上开有与联轴器相配的键槽，主动齿轮的齿轮轴与高速电机连接；

所述从动活塞组件包括左从动齿轮，活塞传动轴和二维活塞；所述左从动齿轮中心开有与所述左往复螺纹相适配的月牙，左往复螺纹能使左从动齿轮在旋转过程中实现往复轴向直线运动；左从动齿轮安装在左往复螺纹的最左端，并与主动齿轮相啮合；左从动齿轮的右端连接有一对活塞传动轴，一对活塞传动轴的左端且相互靠近的一侧设有与中心轴相适配的第一弧形结构；第一弧形结构与中心轴之间安装有减少摩擦力的第一滚珠；活塞传动轴的左端设有第一凸台，二维活塞过盈安装在第一凸台上；

所述从动同心环组件包括右从动齿轮、同心环传动轴、左同心环和右同心环；所述右从动齿轮中心开有与右往复螺纹相适配的月牙，右往复螺纹能使右从动齿轮在旋转过程中实现往复轴向直线运动；右从动齿轮安装在右往复螺纹的最右端，并与主动齿轮相啮合；右从动齿轮与活塞传动轴相对应的位置开有贯通孔，活塞传动轴固定穿设在右从动齿轮的贯通孔中；右从动齿轮的右端连接有一对同心环传动轴，同心环传动轴与活塞传动轴沿周向交错设置；一对同心环传动轴的右端且相互靠近的一侧设有与中心轴相适配的第二弧形结构，第二弧形结构与中心轴之间安装有第二滚珠；同心环传动轴的右端设有第二凸台、第三凸台，第二凸台、第三凸台分别位于第一凸台的左右两侧，左同心环、右同心环过盈安装在第二凸台、第三凸台上；

所述吸排油机构包括壳体衬套、配流缸体、左吸排油腔和右吸排油腔；所述配流缸体套设在左同心环、二维活塞和右同心环的外侧，配流缸体与左同心环、二维活塞、右同心环之间过渡配合；壳体衬套过盈装配在主泵壳内，并套设在配流缸体的外侧；壳体衬套上沿周向均布有n/2个第二吸油口和n/2个第二排油口，第二吸油口和第二排油口交错排列，第二吸油口与第一吸油口沟通，第二排油口与第一排油口沟通；所述配流缸体上沿周向均布有n个矩形沟槽，矩形沟槽分为n/2个左矩形沟槽和n/2个右矩形沟槽，左矩形沟槽的左侧槽底设有左通孔，右矩形沟槽的右侧槽底设有右通孔，左矩形沟槽和右矩形沟槽交错排列，左矩形沟槽和右矩形沟槽分别与第二吸油口和第二排油口沟通；

所述配流缸体、二维活塞和左同心环围合成左吸排油腔，配流缸体、二维活塞和右同心环围合成右吸排油腔；当所述传动机构运动时，从动同心环组件与从动活塞组件在周向旋转的同时作轴向相反运动；当二维活塞向左同心环运动时，左吸排油腔容积变小，右吸排油腔容积变大，此时，左吸排油腔排油，右吸排油腔吸油；当二维活塞向右同心环运动时，右吸排油腔容积变小，左吸排油腔容积变大，此时，右吸排油腔排油，左吸排油腔吸油。

进一步，所述左端盖、右端盖内均开有用于放置O型密封圈的环形槽。

进一步，所述左端盖的主动齿轮轴孔中安装有深沟球轴承和唇形密封圈。

进一步，所述相邻的两个矩形沟槽之间相隔的角度为360°/n，矩形沟槽的开度为360°/2n。

本发明的工作原理如下：

电机通过联轴器与主动齿轮相连接，将扭矩传递到主动齿轮上，使主动齿轮旋转，带动两个从动齿轮旋转，由于中心轴上开设有螺纹，从动齿轮在螺纹的作用下进行轴向的往复运动，带动后方的二维活塞和同心环运动；未开始运动，当转动角度为0°时，二维活塞处于最左端，同心环处于最右端，此时右吸排油腔容积处于最大，配流缸体的矩形沟槽未与泵壳的吸排油口沟通；当转动角度从0°转动至360°/2n时，配流缸体矩形沟槽与泵壳油口开始沟通，二维活塞向右运动，同心环向左运动，左吸排油腔容积变大，从吸油口开始吸油，右吸排油腔容积变小，从排油口开始排油，旋转至360°/2n时，左、右两腔的容积相等，配流缸体矩形沟槽与泵壳油口完全沟通；当转动角度从360°/2n至360°/n时，二维活塞继续向右运动，同心环继续向左运动，左吸排油腔继续吸油，右吸排油腔继续排油，配流缸体矩形沟槽与泵壳油口从完全沟通到不沟通；当转动角度从360°/n至3*（360°/2n）时，配流缸体矩形沟槽与泵壳油口开始沟通，二维活塞向左运动，同心环向右运动，左吸排油腔开始排油，右吸排油腔开始吸油，旋转至3*（360°/2n）时，左、右两腔的容积相等，配流缸体矩形沟槽与泵壳油口完全沟通；当转动角度从3*（360°/2n）至4*（360°/2n）时，二维活塞继续向左运动，同心环继续向右运动，左吸排油腔继续排油，右吸排油腔继续吸油，旋转至4*（360°/2n）时，右吸排油腔的容积达到最大，配流缸体矩形沟槽与泵壳油口从完全沟通到不沟通；至此完成一个吸排油周期，因此当旋转一周时，可以进行n/2次吸排油，排油量大大增加。

本发明的有益效果是：

1、传动机构转动一周的过程中，可以进行n/2次吸排油，极大的提升了吸油排量，与同等排量的液压泵相比，体积大大的减少；

2、采用齿轮传动，可以实现高转速的工况，而且工作情况平稳；

3、传动轴、二维活塞和同心环在油液当中可以得到充分的润滑，减少了工作时的摩擦损耗，提高了耐久度；

4、较容易改变折返螺纹的螺距和长度，从而改变活塞泵排量。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为本发明去除泵壳后的结构示意图；

图3为本发明中心轴螺纹示意图；

图4为本发明从动活塞组件的示意图；

图5为本发明从动同心环组件的示意图；

图6为本发明配流缸体的示意图；

图7a为本发明0°转动至360°/2n时的配流情况；

图7b为本发明360°/2n转动至360°/n时的配流情况；

图7c为本发明360°/n转动至3*（360°/2n）时的配流情况；

图7d为本发明3*（360°/2n）转动至4*（360°/2n）时的配流情况；

附图标记说明：1、左端盖，2、主泵壳，3、右端盖，4、传动机构，5、吸排油机构，6、中心轴，7、主动齿轮，8、从动活塞组件，9、从动同心环组件，10、左往复螺纹，11、右往复螺纹，12、左从动齿轮，13、活塞传动轴，14、二维活塞，15、右从动齿轮，16、同心环传动轴，17、左同心环，18、右同心环，19、壳体衬套，20、配流缸体，21、左吸排油腔，22、右吸排油腔，23、第一弧形结构，24、第二弧形结构，25、第一凸台，26、第二凸台，27、第三凸台。

实施方式

下面将结合附图对本发明专利的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，如出现术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，如出现术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，如出现术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

参照附图，齿轮传动往复式活塞泵，包括主泵壳2，主泵壳2的左右两端分别连接有左端盖1、右端盖3，左端盖1、右端盖3内均开有用于放置O型密封圈的环形槽；主泵壳2内设有传动机构4和吸排油机构5，主泵壳2上且位于吸排油机构5的位置设有第一吸油口和第一排油口；

所述传动机构4包括中心轴6、主动齿轮7、从动活塞组件8和从动同心环组件9；所述中心轴6与主泵壳2同轴设置，中心轴6固定在主泵壳2内的保持架上，以保证中心轴6不转动；中心轴6的左段设有左往复螺纹10，中心轴6的右段设有右往复螺纹11，左往复螺纹10、右往复螺纹11均由螺距相同、旋向相反的两条螺纹组成；所述主动齿轮7的齿轮轴安装在左端盖1的主动齿轮轴孔中，左端盖1的主动齿轮轴孔中安装有深沟球轴承和唇形密封圈。主动齿轮7的齿轮轴上开有与联轴器相配的键槽，主动齿轮7的齿轮轴与高速电机连接；

所述从动活塞组件8包括左从动齿轮12，活塞传动轴13和二维活塞14；所述左从动齿轮12中心开有与所述左往复螺纹10相适配的月牙，左往复螺纹10能使左从动齿轮12在旋转过程中实现往复轴向直线运动；左从动齿轮12安装在左往复螺纹10的最左端，并与主动齿轮7相啮合；左从动齿轮12的右端连接有一对活塞传动轴13，一对活塞传动轴13的左端且相互靠近的一侧设有与中心轴6相适配的第一弧形结构23；第一弧形结构23与中心轴6之间安装有减少摩擦力的第一滚珠；活塞传动轴13的左端设有第一凸台25，二维活塞14过盈安装在第一凸台25上；

所述从动同心环组件9包括右从动齿轮15、同心环传动轴16、左同心环17和右同心环18；所述右从动齿轮15中心开有与右往复螺纹11相适配的月牙，右往复螺纹11能使右从动齿轮15在旋转过程中实现往复轴向直线运动；右从动齿轮15安装在右往复螺纹11的最右端，并与主动齿轮7相啮合；右从动齿轮15与活塞传动轴13相对应的位置开有贯通孔，活塞传动轴13固定穿设在右从动齿轮15的贯通孔中；右从动齿轮15的右端连接有一对同心环传动轴16，同心环传动轴16与活塞传动轴13沿周向交错设置；一对同心环传动轴16的右端且相互靠近的一侧设有与中心轴6相适配的第二弧形结构24，第二弧形结构24与中心轴6之间安装有第二滚珠；同心环传动轴16的右端设有第二凸台26、第三凸台27，第二凸台26、第三凸台27分别位于第一凸台25的左右两侧，左同心环17、右同心环18过盈安装在第二凸台26、第三凸台27上；

所述左、右从动齿轮的初始位置安装在左往复螺纹10最左端与右往复螺纹11最右端位置，当所述主动齿轮7被驱动旋转时，所述从动活塞组件8的左从动齿轮12旋转并在螺纹作用下向右运动，所述从动同心环组件9的右从动齿轮15旋转并向左运动，两者相互靠近，带动所述二维活塞向所述左同心环靠近，左吸排油腔21容积变小，右吸排油腔22容积变大；当运动到极限位置时，在螺纹作用下向相反方向运动，此时所述二维活塞向右同心环靠近，左吸排油腔21容积变大，右吸排油腔22容积变小；

所述吸排油机构5包括壳体衬套19、配流缸体20、左吸排油腔21和右吸排油腔22；所述配流缸体20套设在左同心环17、二维活塞14和右同心环18的外侧，配流缸体20与左同心环17、二维活塞14、右同心环18之间过渡配合；壳体衬套19过盈装配在主泵壳2内，并套设在配流缸体20的外侧；壳体衬套19上与沿周向均布有n/2个第二吸油口和n/2个第二排油口，第二吸油口和第二排油口交错排列，第二吸油口与第一吸油口沟通，第二排油口与第一排油口沟通；所述配流缸体20上开有n个矩形沟槽，相邻的两个矩形沟槽之间相隔的角度为360°/n，矩形槽的开度为360°/2n，矩形沟槽分为n/2个左矩形沟槽和n/2个右矩形沟槽，左矩形沟槽的左侧槽底设有左通孔，右矩形沟槽的右侧槽底设有右通孔，左矩形沟槽和右矩形沟槽交错排列；左矩形沟槽与左吸排油腔21相通，右矩形沟槽与右吸排油腔22相通，左矩形沟槽和右矩形沟槽分别与第二吸油口和第二排油口沟通；

所述配流缸体20、二维活塞14和左同心环17围合成左吸排油腔21，配流缸体20、二维活塞14和右同心环18围合成右吸排油腔22；当所述传动机构运动时，左同心环17、右同心环18、二维活塞14都做等速旋转运动，在做周向上处于相对静止的状态，只存在轴向的往复运动；当二维活塞14向左同心环17运动时，左吸排油腔21容积变小，右吸排油腔22容积变大，此时，左吸排油腔21排油，右吸排油腔22吸油；当二维活塞14向右同心环18运动时，右吸排油腔22容积变小，左吸排油腔21容积变大，此时，右吸排油腔22排油，左吸排油腔21吸油。

在工作过程中，所述主动齿轮7在高速电机的驱动下转动，主动齿轮7与左、右从动齿轮12、15相互啮合，带动所述从动活塞组件8和从动同心环组件9旋转，所述从动齿轮都与所述中心轴6上的往复螺纹啮合，左往复螺纹10与右往复螺纹11螺距等参数相同，因此所述从动活塞组件8和从动同心环组件9转速，转向相同，在往复螺纹的约束下，进行轴向往复运动，所述从动活塞组件8和从动同心环组件9不存在相对转动，只存在相对轴向运动，所述二维活塞14和同心环随着传动轴一起运动，也只存在相对轴向直线运动，不存在相对旋转，以此改变吸排油腔容积实现吸排油功能；

工作原理如下：

主动齿轮7轴上开有键槽与联轴器连接，联轴器与高速电机连接，高速电机驱动主动齿轮7旋转，主动齿轮7带动从动齿轮旋转，受到中心轴6上的往复螺纹的约束，从动齿轮在旋转的过程中同时进行轴向往复运动，从动齿轮通过传动轴把运动状态传递给二维活塞14，同心环以及配流缸体20，二维活塞14与同心环之间只存在相对轴向运动，不存在相对转动；

参考图7a-图7d，在本实施例中，未开始运动，当转动角度为0°时，从动活塞组件8处于最左端，从动同心环组件9处于最右端，此时右吸排油腔22容积处于最大，配流缸体20的矩形沟槽未与泵壳的吸排油口沟通；当转动角度从0°转动至360°/2n时，配流缸体20矩形沟槽与泵壳油口开始沟通，从动活塞组件8向右运动，从动同心环组件9向左运动，左吸排油腔21容积变大，从吸油口开始吸油，右吸排油腔22容积变小，从排油口开始排油，旋转至360°/2n时，左、右两腔的容积相等，配流缸体20矩形沟槽与泵壳油口完全沟通；当转动角度从360°/2n至360°/n时，从动活塞组件8继续向右运动，从动同心环组件9继续向左运动，左吸排油腔21继续吸油，右吸排油腔22继续排油，配流缸体20矩形沟槽与泵壳油口从完全沟通到不沟通；当转动角度从360°/n至3*（360°/2n）时，配流缸体20矩形沟槽与泵壳油口开始沟通，从动活塞组件8向左运动，从动同心环组件9向右运动，左吸排油腔21开始排油，右吸排油腔22开始吸油，旋转至3*（360°/2n）时，左、右两腔的容积相等，配流缸体20矩形沟槽与泵壳油口完全沟通；当转动角度从3*（360°/2n）至4*（360°/2n）时，从动活塞组件8继续向左运动，从动同心环组件9继续向右运动，左吸排油腔21继续排油，右吸排油腔22继续吸油，旋转至4*（360°/2n）时，右吸排油腔22的容积达到最大，配流缸体20矩形沟槽与泵壳油口从完全沟通到不沟通；至此完成一个吸排油周期，因此当旋转一周时，可以进行n/2次吸排油，排油量大大增加。

本说明书实施例所述的内容仅仅是对发明构思的实现形式的列举，本发明的保护范围不应当被视为仅限于实施例所陈述的具体形式，本发明的保护范围也及于本领域技术人员根据本发明构思所能够想到的等同技术手段。

Claims (4)

1.齿轮传动往复式活塞泵，其特征在于：包括主泵壳(2)，主泵壳(2)的左右两端分别连接有左端盖(1)、右端盖(3)；主泵壳(2)内设有传动机构(4)和吸排油机构(5)，主泵壳(2)上且位于吸排油机构(5)的位置设有第一吸油口和第一排油口；

所述传动机构(4)包括中心轴(6)、主动齿轮(7)、从动活塞组件(8)和从动同心环组件(9)；所述中心轴(6)与主泵壳(2)同轴设置，中心轴(6)固定在主泵壳(2)内的保持架上，以保证中心轴(6)不转动；中心轴(6)的左段设有左往复螺纹(10)，中心轴(6)的右段设有右往复螺纹(11)，左往复螺纹(10)、右往复螺纹(11)均由螺距相同、旋向相反的两条螺纹组成；所述主动齿轮(7)的齿轮轴安装在左端盖(1)的主动齿轮轴孔中，主动齿轮(7)的齿轮轴上开有与联轴器相配的键槽，主动齿轮(7)的齿轮轴与高速电机连接；

所述从动活塞组件(8)包括左从动齿轮(12)，活塞传动轴(13)和二维活塞(14)；所述左从动齿轮(12)中心开有与所述左往复螺纹(10)相适配的月牙，左往复螺纹(10)能使左从动齿轮(12)在旋转过程中实现往复轴向直线运动；左从动齿轮(12)安装在左往复螺纹(10)的最左端，并与主动齿轮(7)相啮合；左从动齿轮(12)的右端连接有一对活塞传动轴(13)，一对活塞传动轴(13)的左端且相互靠近的一侧设有与中心轴(6)相适配的第一弧形结构(23)；第一弧形结构(23)与中心轴(6)之间安装有减少摩擦力的第一滚珠；活塞传动轴(13)的左端设有第一凸台(25)，二维活塞(14)过盈安装在第一凸台(25)上；

所述从动同心环组件(9)包括右从动齿轮(15)、同心环传动轴(16)、左同心环(17)和右同心环(18)；所述右从动齿轮(15)中心开有与右往复螺纹(11)相适配的月牙，右往复螺纹(11)能使右从动齿轮(15)在旋转过程中实现往复轴向直线运动；右从动齿轮(15)安装在右往复螺纹(11)的最右端，并与主动齿轮(7)相啮合；右从动齿轮(15)与活塞传动轴(13)相对应的位置开有贯通孔，活塞传动轴(13)固定穿设在右从动齿轮(15)的贯通孔中；右从动齿轮(15)的右端连接有一对同心环传动轴(16)，同心环传动轴(16)与活塞传动轴(13)沿周向交错设置；一对同心环传动轴(16)的右端且相互靠近的一侧设有与中心轴(6)相适配的第二弧形结构(24)，第二弧形结构(24)与中心轴(6)之间安装有第二滚珠；同心环传动轴(16)的右端设有第二凸台(26)和第三凸台(27)，第二凸台(26)和第三凸台(27)分别位于第一凸台(25)的左右两侧，左同心环(17)和右同心环(18)过盈安装在第二凸台(26)和第三凸台(27)上；

所述吸排油机构(5)包括壳体衬套(19)、配流缸体(20)、左吸排油腔(21)和右吸排油腔(22)；所述配流缸体(20)套设在左同心环(17)、二维活塞(14)和右同心环(18)的外侧，配流缸体(20)与左同心环(17)、二维活塞(14)和右同心环(18)之间过渡配合；壳体衬套(19)过盈装配在主泵壳(2)内，并套设在配流缸体(20)的外侧；壳体衬套(19)上沿周向均布有n/2个第二吸油口和n/2个第二排油口，第二吸油口和第二排油口交错排列，第二吸油口与第一吸油口沟通，第二排油口与第一排油口沟通；所述配流缸体(20)上沿周向均布有n个矩形沟槽，矩形沟槽分为n/2个左矩形沟槽和n/2个右矩形沟槽，左矩形沟槽的左侧槽底设有左通孔，右矩形沟槽的右侧槽底设有右通孔，左矩形沟槽和右矩形沟槽交错排列，左矩形沟槽和右矩形沟槽分别与第二吸油口和第二排油口沟通；

所述配流缸体(20)、二维活塞(14)和左同心环(17)围合成左吸排油腔(21)，配流缸体(20)、二维活塞(14)和右同心环(18)围合成右吸排油腔(22)；当所述传动机构运动时，从动同心环组件与从动活塞组件在周向旋转的同时作轴向相反运动；当二维活塞(14)向左同心环(17)运动时，左吸排油腔(21)容积变小，右吸排油腔(22)容积变大，此时，左吸排油腔(21)排油，右吸排油腔(22)吸油；当二维活塞(14)向右同心环(18)运动时，右吸排油腔(22)容积变小，左吸排油腔(21)容积变大，此时，右吸排油腔(22)排油，左吸排油腔(21)吸油。

2.如权利要求1所述的齿轮传动往复式活塞泵，其特征在于：所述左端盖(1)、右端盖(3)内均开有用于放置O型密封圈的环形槽。

3.如权利要求1所述的齿轮传动往复式活塞泵，其特征在于：所述左端盖(1)的主动齿轮轴孔中安装有深沟球轴承和唇形密封圈。

4.如权利要求1所述的齿轮传动往复式活塞泵，其特征在于：相邻的两个矩形沟槽之间相隔的角度为360°/n，矩形沟槽的开度为360°/2n。

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